Модель предметной области

Построение информационных систем так или иначе упирается в проблемы информационного обмена. Информационный обмен -- это процесс, в который вовлечены отправитель и получатель (или адресат), соединенные надежным каналом связи, и который заключается в передаче сообщения от отправителя к получателю по каналу связи.

В трудах одного из основателей теории информации А.Н. Колмогорова говорится: ``Информация есть характеристика не сообщения, а соотношения между сообщением и его потребителем. Без наличия потребителя, хотя бы потенциального, говорить об информации бессмысленно''. Согласно этой характеристике: ``Информация -- это то, что изменяет представление (знание) ее получателя о чем-либо''.

Таким образом, использование информации упирается в понятия ``знание'' в некоторой предметной области.

Предметная область -- часть реального мира, рассматриваемая в пределах данного контекста. Под контекстом здесь может пониматься, например, область исследования или область, которая является объектом некоторой деятельности.

Дадим основные определения.

Определение Ориентированный помеченный граф -- это тройка $G = \langle V, E, M, L \rangle$, где $V$ -- множество вершин, $E$ -- множество дуг $e = (v_1,v_2)$ из вершины $v_1$ в вершину $v_2$, $M : E \leftarrow L$ -- функция разметки дуг, которая каждой дуге сопоставляет элемент из множества меток $L$.

Определение. Понятийная модель предметной области -- совокупность понятий (концептов, терминов) и отношений между ними, которым соответствуют сущности из реального мира, реализованная в виде ориентированного помеченного графа $G_d = \langle V_d, E_d, M_d, L_d \rangle$, у которого любая метка также является вершиной: $L_d \subset V_d$. Здесь каждая вершина является понятием; каждая дуга из вершины $v_1$ в вершину $v_2$ с меткой $l$ описывает отношение $l$ понятия $v_1$ к понятию $v_2$. Таким образом, любое отношение является понятием.

Определение Содержательную модель предметной области для понятийной модели $G_d$ -- ориентированный помеченный граф $G_i = \langle V_i, E_i, F_i, L_i \rangle$, для которого выполнены следующие условия:

1. $E_i \bigcap E_d = \emptyset$,
2. $L_i \subset L_d$,
3. $V_i \bigcap V_d \neq \emptyset$,
4. $\forall (v_1,v_2) \in E$ : $v_1 \not\in V_d$.

Вершины графа содержательной МПО мы будем называть информационными элементами.

Определение Модель предметной области (МПО) есть объединение графов понятийной и содержательной моделей предметной области: $G_m = \langle V_m, E_m, M_m, L_m \rangle = \langle V_d \bigcup V_i, E_d \bigcup E_i, M_m, L_d \bigcup L_i \rangle$, где

$$M_m(e) = \left\{ \begin{array}{ll} M_d(e), & \mbox{если } e... ...E_d \\ M_i(e), & \mbox{если } e \in E_i \end{array} \right.$$

Figure: Структура модели предметной области

Данное определение МПО выделяет две ее составляющих: понятийную и содержательную (рис. 5). Понятийная часть определяет концепты, термины предметной области и отношения между ними. Еще раз отметим, что любое отношение также должно быть концептом, который может находиться в отношениях с другими концептами (рис. 6). Понятийная МПО является базовым звеном в работе с информацией, поскольку она определяет ``каркас'', на который крепится содержательная составляющая.

Информационные элементы содержательной МПО соответствуют реальным объектам предметной области. Отношения, описываемые терминами понятийной МПО, можно разделить на два типа: содержательные и понятийные. Содержательные определяют отношения одного информационного элемента к другому, а понятийные -- отношения элемента к концепту из понятийной МПО.

Несмотря на то, что графовая структура МПО ограничивает нас использованием только бинарных отношений, это не оказывает существенного влияния на выразительность моделирования, поскольку, очевидно, любое n-арное отношение может быть представлено в виде нескольких бинарных отношений.

Figure: Пример понятийной модели предметной области

Определение Семантическая информация $I$ -- подграф модели предметной области.

Действительно, согласно определению информация изменяет МПО ее получателя. Значит, информации можно сопоставить измененный фрагмент МПО, который и был назван семантической информацией. Заметим, что в этом определении не используется тезис об информации, как о соотношении между сообщением и потребителем, поскольку при разработке информационных систем необходимо говорить об информации не только с точки зрения ее потребителя, но и с точки зрения ее отправителя. Следует ожидать, что оба они обладают собственными МПО, при этом нередко отправитель не имеет или имеет неполные сведения о МПО получателя. Поэтому отправитель информации может рассматривать ее только в рамках собственной МПО. Аналогично, МПО получателя информации может быть не согласована с МПО отправителя, и получатель сможет ``понять'' только какую-то ее часть, что соответствующим образом отразиться в его МПО. Таким образом, исходному понятию ``информация'' в рамках описываемой модели информационного обмена будет сопоставлен термин ``интерпретация информации'' -- семантическая информация, полученная в результате информационного обмена (рис. 7):

Определение Интерпретация семантической информации $Int(I)$ -- это семантическая информация, полученная адресатом в результате информационного обмена, в котором отправителем была послана семантическая информация $I$.

Figure: Схема информационного обмена